详情

原文传递乘用车发动机悬置系统的开发应用研究

论文题名：	乘用车发动机悬置系统的开发应用研究
关键词：	乘用车;悬置系统;结构设计;多目标优化
摘要：	悬置系统作为动力总成与车身的连接元件，其设计性能会在很大程度上影响车辆的驾驶体验。除动力总成本身的激励以外，路面激励也可经由悬置系统传递至车身内部并影响整车舒适性。因此，合理的悬置系统设计能够改善发动机与车身之间的传递特性，对整车有良好的减振与降噪效果，进而影响整车的NVH性能。　　悬置在设计过程中，大多选取悬置刚度、安装角度等设计参数，对其固有频率和解耦率进行优化，使得悬置具有较高的解耦程度以及合理的频率间隔，对悬置系统进行多目标优化。但是在设计过程中，往往仅局限于隔振率与频率间隔分析，不能全面的分析各悬置总成的性能以及支臂的强度。　　首先，理论分析悬置系统的隔振原理以及性能要求，初步了解传统的乘用车发动机悬置系统开发的基本流程，为后续悬置系统的设计奠定基础。　　接着，本文结合发动机自身的性能参数和前舱的布置空间，对比三点悬置以及四点悬置优缺点，基于性能及成本上等诸多优势，确定三点悬置的支撑形式，即左悬置、右悬置和后悬置，进一步确定了悬置系统的设计方案。并根据设计方案确定了悬置系统的结构设计，介绍了左悬置、右悬置及后悬置的结构及其组成。左悬置主要从主弹簧，支臂，外壳，下嵌件和上嵌件五个部分进行三维建模，将模型转换为stp中间格式文件导入到有限元分析软件Ansys workbench中，并采用四面体来划分网格。同样对右悬置和后悬置进行三维结构建模并进行有限元分析。　　考虑到发动机悬置金属支臂是发动机体、悬置件与车架车身连接的关键部件。在外载荷作用下，金属支臂可能会发生塑性变形或脆性断裂。因此，在对动力总成悬置金属支臂进行设计过程中，确定悬置金属支臂强度分析的标准，主要考虑屈服强度和抗拉强度两个方面。针对通用北美28工况选取部分典型工况，由ADAMS求解出不同工况下的受力值，通过有限元方法分析金属支臂模型承受外力作用时应力分布情况并进行强度分析。经验证，左悬置和右悬置的金属支臂均满足强度设计要求。另外，对其进行模态分析，基于路面激励频率与发动机转频两个方面，确定悬置金属支臂一阶模态600Hz以上的模态设计要求，经计算其数值远远高于模态目标。　　最后，采用专业仪器对发动机悬置总成的X、Y、Z三个方向的静刚度和动刚度曲线进行严格测量，由测试结果可知，三个发动机悬置总成的动/静刚度值都满足设计性能要求。并基于MTS6Channels System和ZWICK-250kN试验台，对发动机悬置总成进行疲劳与强度测试。分析样件疲劳、强度测试结果可知，悬置的2倍疲劳寿命橡胶主体和橡胶主簧均无裂纹，静刚度损失较低，其疲劳和强度均满足设计要求。考虑到有限元分析存在一定的局限性，试制出金属支臂样件，基于MTS试验平台验证两款悬置金属支臂的可靠性。测试过程中通过纵向、横向和垂向三个方向进行载荷加载，由金属支臂受载部位的力与位移统计结果可知，测试结果显示均满足设计性能要求。最后，选取怠速和3档升速两种典型工况，对悬置隔振率进行计算求解，验证了动力总成悬置系统的开发满足目标性能要求。
作者：	朱秋斌
专业：	车辆工程
导师：	潘公宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022